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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Schweißdrähten an einen Schweißkopf eines elektrischen Schweißbrenners und deren Positionierung relativ zu einem unter Schutzgas mittels eines Lichtbogens mit dem Schweißbrenner erzeugten Schweißbades, zum Auftragsschweißen von Werkstücken mit einer Schweißanlage.
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Zum Korrosionsschutz werden Cr/Ni-Stähle oder Nickelbasis-Werkstoffe auf un- oder niedrig legierte Baustähle aufgeschweißt. So werden beispielsweise durch Auftragschweißen auch sog. Cladding-Schichten auf Lagersitze und Laufbuchsen für Schiffspropellerwellen aus Legierungen hergestellt, die besonders gute Schmier- und Notlaufeigenschaften aufweisen und ggf. mit geringem Aufwand repariert werden können.
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Für das Cladding kommen derzeit hauptsächlich drei Schweißverfahren zur Anwendung, nämlich das hocheffiziente ESW-Verfahren, sprich Elektro-Schlacke-Schweißen (Electroslag Welding), das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Verfahren) und das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen).
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Um die Effektivität, nämlich die Abschmelzleistung dieser Schweißverfahren zu erhöhen, erfolgt das Schweißen üblicherweise mit vorgewärmten Schweißdrähten. Mit diesem sog. Heißdrahtschweißen kann die Menge an abschmelzbarem Schweißmittel, nämlich Schweißdraht aus einer jeweils erforderlichen Legierung, erhöht werden. Eine weitere Steigerung der Abschmelzleistung kann durch einen Doppeldrahtantrieb erreicht werden, bei dem zwei Schweißdrähte mittels eines Vorschubmotors miteinander gekoppelt und parallel in das Schweißbad geführt werden. Ferner kann zur weiteren Steigerung der Schweißleistung die Fördergeschwindigkeit des Schweißdrahts erhöht werden.
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Dazu ist aus der
DE 695 00 478 T2 eine automatische Schweißanlage bekannt, bei der eine Vielzahl von Schweißbrennern vorgehalten werden, die je nach Bedarf automatisch mit dem Schweißroboter verbunden werden können. Dazu ist es bei sich ändernden Schweißparametern vorgesehen, den Schweißbrenner mit der Drahtzuführung als Einheit gegen einen anderen Schweißbrenner inklusive der Drahtzuführung auszutauschen. Die Drahtzuführung ist dazu eine mit dem Schweißbrenner fest verbundene Einheit.
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Aus der
US 6,040,545 ist, insbesondere beim Auftragsschweißen, die Verwendung von zwei Drahtzuführungen und zwei Schweißköpfen mit zwei Drahtzuführungen bekannt. Aus der
DE 15 21 567 A ist ferner ein Verfahren zum Auftragsschweißen mit einer Doppeldrahtzuführung bekannt, die mit einer Drahtvorwärmung in Wirkverbindung gebracht werden soll. Ferner offenbart die
US 6,127,651 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schweißen, bei dem zwei Schweißdrähte zeitgleich in den Fokus des Schweißbrenners geführt werden können. Die
AT 412 263 B offenbart einen Schweißbrenner, dem mindestens zwei Vorrichtungen zur Zuführung jeweils eines Schweißdrahtes bzw. Zusatzstoffes zugeordnet sind.
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Insbesondere bei einer erhöhten Drahtförder- und Schweißgeschwindigkeit ist eine exakte Drahtführung erforderlich. Eine schlecht eingestellte Drahtförderung kann zu einem fehlerhaften Schweißbild und damit zum Verlust des zu bearbeitenden Werkstücks führen. Um dies zu vermeiden, sollte nach einem Werkstückwechsel oder einer Änderung der Werkstückgeometrie auf die Positionierung der Drahtführung und die Schweißwinkeleinstellung geachtet werden. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden, da eine Vielzahl von Schweißköpfen und Drahtfördereinrichtungen auf Vorrat gehalten werden müssen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Positionierung der Schweißdrahtzuführung an Schweißanlagen zu schaffen, die schnell und genau an die unterschiedlichsten Werkstückgeometrien angepasst werden kann, die Umrüstzeiten verkürzt und die Qualität der ausgeführte Arbeiten verbessert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, insbesondere durch einen Wechselkopf, der lösbar mit einem Haltearm verbunden ist und dem Wechselkopf mit Schnellverschlüssen versehene Schweißdrahtzuführungen zugeordnet sind, die über an dem Haltearm angeordnete Zuführungspositionierungen reversibel mit dem Schweißbrenner verbindbar sind.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die an dem Haltearm angeordnete Zuführungspositionierung zusammen mit den Schweißdrahtzuführungen als austauschbare, mit dem Schweißbrenner verbindbare Wechseleinheit ausgebildet ist.
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Die Schweißdrahtzuführung ist eine Doppelschweißdrahtzuführung, mit der Schweißdrähte in den Schweißdrahtzuführungen bis in die mit ihm verbundene Zuführpositionierung geführt werden kann. Die Zuführpositionierung führt die Schweißdrähte in einer voreinstellbaren Position in den Lichtbogenfokus des Schweißbrenners. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung, ist es vorgesehen, dass die Zuführungspositionierung an dem Haltearm mittels Haltearmgelenken dreidimensional verschwenkbar ist.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Schnellwechselsystem, das im Wesentlichen aus einer Baueinheit mit Zuführungspositionierungen der Schweißdrahtzuführungen und voreinstellbaren Positioniermitteln besteht, und an einer Schweißanlage eine Vielzahl von unterschiedlich voreingestellten Baueinheiten vorgehalten werden können, die auswechselbar sind und je nach Bedarf mit einem Schweißbrenner verbunden werden können. Hierdurch wird auch bei ständig wechselnden Schweißgeometrien der Werkstücke eine direkte und sichere Doppeldrahtzuführung sichergestellt. Die schnell zu wechselnde Baueinheit kann leicht vom Schweißbrenner gelöst und bedarfsangepasst ausgetauscht werden, wobei die Einstellung der Zuführungspositionierung erhalten bleibt.
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Bei geänderter Werkstückgeometrie kann dadurch eine Schnellwechseleinheit mit einer Einstellung der Zuführpositionierung ausgewählt werden, die jeweils geeignet ist, die Schweißdrähte in den sich ggf. geänderten Lichtbogenfokus des Schweißbrenners zu führen.
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Anstatt wie bisher den gesamten Schweißbrenner mit der Drahtzuführung und den Halteeinrichtungen auszutauschen, ist es mit dem am Wechselkopf angeordneten Haltearm möglich, die Zuführpositionierung zusammen mit der Schweißdrahtzuführung vom Schweißbrenner abzunehmen und auszutauschen.
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Bei immer wiederkehrenden unterschiedlichen Werkstückgeometrien können eine Vielzahl solcher unterschiedlicher Schnellwechseleinheiten vorgehalten werden. Nach dem Ausbau kann die Zuführungspositionierung am Wechselkopf jeder Schweißgeometrie angepasst werden, um den oder die Schweißdrähte in den Lichtbogenfokus des Schweißbrenners zu führen, ohne umfangreiche Nachjustierungen vornehmen zu müssen.
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Bevorzugt können die Schweißdrahtzuführungen, in vorbestimmten Abständen in den Zuführungspositionierungen zusammenlaufen. Damit können die Schweißdrähte in frei wählbaren Winkeln an die Schweißelektrode und in den Fokus des von dem Schweißbrenner erzeugten Lichtbogens geführt werden.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zuführungspositionierungen aus zwei Gehäusehälften bestehen, in die die Schweißdrahtzuführungen eingesteckt und mit Feststellmitteln fixiert werden können.
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Ferner ist es vorgesehen, die Schweißdrahtzuführungen im Bereich eines die Wechseleinheit haltenden Klemmmittels über lösbare Schnellverschlüsse an einen Schweißdrahtvorrat anzuschließen. Zum Wechseln der Schnellwechseleinheit müssen lediglich die Schnellverschlüsse der Doppeldrahtzuführung und des Schweißkopfes gelöst werden.
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Die Zuführungspositionierung und der Schweißkopf mit der Lichtbogenelektrode können in Bezug auf Anstellwinkel und Abstände zueinander auf das zu schweißende Werkstück voreingestellt werden. Bei einem Werkstückwechsel kann so die passende Einheit aus einem Bereitschaftslager genommen und an die Schweißanlage angeschlossen werden. Die zeitaufwendige Einstellung ggf. geänderter Parameter kann entfallen.
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Die Schnellverschlüsse können beispielsweise Bajonettverschluss, Steckschnellverschlüsse oder Gewindeschraubversschlüsse sein.
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In einer anderen Ausführung der Positioniereinheit sind Zuführmittel für die Schweißdrähte vorgesehen, die zum einem am Kopfende des Schweißbrenners und zum anderen an dessen diametralen Ende über Klemmmittel mit diesem verbunden sind. Die Zuführmittel lassen sich so am Schweißbrenner fixieren und voreinstellen. Die Zuführmittel sind dabei mit dem Schweißbrenner verbunden und können bei hohen Zufuhrgeschwindigkeiten von mehr als acht m/min in Schwingungen geraten. Um zu verhindern, dass die mit dem Schweißbrenner verbundenen Zuführmittel bei hohen Zufuhrgeschwindigkeiten in Schwingungen geraten, sind bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung Schwingungsdämpfmittel vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Schnellwechseleinheit, sind die Zuführmittel so ausgebildet, dass sie die Schweißdrähte in einem frei wählbaren Winkel an das Kopfende des Schweißbrenners und in den Fokus des Lichtbogens leiten. Der Winkel und der Abstand zwischen dem Kopfende und den Schweißdrähten zu der Oberfläche des zu schweißenden Werkstücks können für die Positioniereinheit in Abhängigkeit von der Geometrie des Werkstücks festgelegt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung, ist es vorgesehen, dass die Zuführmittel Kupferrohre sind. Kupfer ist elektrisch besonders gut leitfähig und korrosionsbeständig und kann über Biegevorrichtungen in beliebige Richtungen gebogen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, die Zuführmittel als eine unter Zugspannung stehende Metallfeder auszuführen. Eine entsprechend gewickelte Feder hat den Vorteil, dass hierdurch beliebig oft Korrekturen an der Drahtzuführung, bzw. an der Positioniereinheit durchgeführt werden können. Auch hierbei ist es von Vorteil, wenn das Zuführmittel gleichzeitig der Stromanschluss für den Schweißtrafo der Schweißanlage ist.
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Damit auch der Anschluss für den elektrischen Schweißstrom sich an einem definierten Ort befindet und immer leicht wiederzufinden ist, es bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, den Anschluss mit dem Klemmmittel und der Zuführeinheit als einheitliches Bauteil auszuführen und über eine Steckverbindung an eine Stromversorgungseinheit der Schweißanlage anzuschließen. Hierdurch kann unabhängig von der Geometrie des Schweißkopfes und der Schweißdrahtführung durch die Zuführmittel ein definierter Anschluss festgelegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Zuführungspositionierung aus zwei Gehäusehälften in die die Schweißdrahtführungen eingesteckt und mit Feststellmitteln fixiert werden kann.
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In den Gehäusehälften der Zuführungspositionierung sind durchbohrte Kugeln vorgesehen. In den Bohrungen der Kugeln sind Innengewinden vorgesehen, in die die Positionierspitzen eingeschraubt werden und in alle Achsen beweglich sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Schweißdrähte aus den Schweißdrahtzuführungen durch die Kugeln und die Positionierspitzen, wodurch die Schweißdrähte bezüglich ihrer Stellung zu der Schweißelektrode feinjustiert werden können.
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Die Positionierungseinheit ist ein Schnellwechselsystem, mit dem das Positionieren der Drahtzuführung über voreingestellte Zuführmittel sichergestellt werden kann. Das Positionieren der Drahtzuführung erfolgt über eine Vielzahl voreingestellten Zuführmittel für eine Vielzahl von Schnellwechselvorrichtungen. Die Vielzahl von Schnellwechselvorrichtungen mit voreingestellten Zuführmitteln ist lösbar und abwechselnd mit dem Schweißbrenner reversibel verbindbar.
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Somit ist es möglich für einen Schweißbrenner eine Vielzahl von Schnellwechselvorrichtungen mit unterschiedlichen, auf die Werkstückgeometrie abgestimmten, positionierten und voreingestellten Zuführmitteln bereit zu halten.
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Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:
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1 eine isometrische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Schnellwechseleinheit, mit sich in einer voreinstellbaren Arbeitsposition befindlichen Zuführungspositionierung, um die Schweißdrähte in den Lichtbogenfokus des Schweißbrenners zu führen, wobei die Schnellwechseleinheit als separate Einheit über einen mit ihr verbundenen Haltearm lösbar am Schweißbrenner angeordnet ist;
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2 die Detaildarstellung der Zuführungspositionierung einer Schnellwechseleinheit nach 1, mit einer Schweißelektrode eines Schweißbrenners zugeführten Schweißdrähten;
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3 die Detaildarstellung der in eine Kugel eingeschraubten Positionierspitzen und mit eine gegen die Kugel wirkenden Druckplatten zur Fixierung einer Zuführungspositionierung nach der 2.
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Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Schnellwechseleinheit 10 besteht im Wesentlichen aus einem Wechselkopf 11 dem eine Zuführungspositionierung 17 zugeordnet ist, die wiederum mit einer Schweißdrahtzuführung 16, 16a verbunden ist. Der Wechselkopfhalter 11 ist in dieser Ausführungsform als Haltearm 19 ausgebildet. Der Haltearm 19 ist über einen, an diesen angeordneten, Wechselkopfhalter 23 lösbar mit dem Schweißbrenner 12 verbunden. Somit ist die Schnellwechseleinheit 10 einerseits über eine, mit dem Haltearm 19 verbundene, Wechselkopfhalterung 23 und andererseits mittels der Schweißdrahtzuführung 16, 16a zugeordneter Schnellverschlüsse 12, 24a, die über eine gemeinsame Halterung 26 am Schweißbrenner 12 festgelegt ist als eine Einheit vom Schweißbrenner 12 abnehmbar ausgebildet.
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Über Schweißdrahtzuführung 16 und 16a, in dieser Ausführungsform als Doppeldrahtzuführung ausgebildet werden Schweißdrähte 15 und 15a bis in die Zuführungspositionierung 17 und durch diese bis in den nicht dargestellten Fokus eines Schweißbrenners 12 geführt werden. Dem Schweißbrenner 12 ist eine Schweißelektrode 13 und eine Schutzgaszuführung 14 zugeordnet sind. Die Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a sind vorzugsweise als Kupferrohre ausgeführt. Mit der Zuführungspositionierung 17 am Wechselkopf 11 können die Schweißdrähte 15 und 15a im Bereich der Schweißelektrode 13 geführt und dort der jeweiligen Werkstückgeometrie erforderlichen Position angepasst werden.
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Wie die 2 zeigt, besteht die Zuführungspositionierung 17 erfindungsgemäß aus zwei Gehäusehälften 27 und 28 in denen die Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a münden. Die Gehäusehälften 27 und 28 können mit einer Schraube 18 zur Einstellung der jeweils erforderlichen Stellung zur Schweißelektrode 13 grob positioniert werden. Die freien Enden der Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a werden in die Gehäusehälften 27 und 28 eingesteckt und mit Feststellmitteln, beispielsweise Madenschrauben 18a und 18b, fixiert.
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Wie die 3 zeigt, befinden sich in den Gehäusehälften 27 und 28 Kugeln 31 und 32, die mit jeweils einer Druckplatte 33 geklemmt werden. Die Kugeln 31 und 32 sind durchbohrt und mit Gewinden versehen, in das die Positionierspitzen 29 und 30 eingeschraubt werden. Die Schweißdrähte 15 und 15a können aus den Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a kommend durch die Kugeln 31 und 32 aus den Positionierspitzen 29 und 30 heraus geführt werden.
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Durch die geklemmten Kugeln 31 und 32 sind die Positionierspitzen 29 und 30 um alle Achsen beweglich, so dass mit ihnen eine Feinjustierung der Positionen der Schweißdrähte 15 und 15a bezüglich ihrer Stellung zu der Schweißelektrode 14 vorgenommen werden kann.
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Wie die 1 weiter zeigt wird die Zuführungspositionierung 17 von einem Haltearm 19 gehalten, der im Wesentlichen waagerechtes Halterarmgelenk 20, ein senkrechtes Halterarmgelenk 21 und ein diagonales Halterarmgelenk 22 aufweist. Die Zuführungspositionierung 17 kann dadurch dreidimensional jeweils erforderliche Position gebracht werden. Nach der Anpassung an die jeweilige Werkstückgeometrie können die Zuführungspositionierung 17 und die Halterarmgelenke 20, 21 und 22 mit Feststellmitteln 18, 18a und 18b festgelegt werden.
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Den Schweißdrähte 15 und 15a kann eine nicht dargestellt Drahtvorwärmung zugeordnet sein. Die Drahtvorwärmung heizt die Schweißdrähte 15 und 15a auf, so dass diese im Fokus des Schweißpunktes der Schweißelektrode 13 des Schweißbrenners 12 sehr schnell und vollständig abgeschmolzen werden können.
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Die Schweißdrahtführungen 16 und 16a werden von dem Wechselkopfhalter 23 ebenfalls gehalten und sind über Schnellanschlüsse 24 und 24a mit einem Schweißdrahtvorrat 34 lösbar verbunden. Der Wechselkopfhalter 23 ist darüber hinaus mit einem elektrischen Anschluss 25 für den Schweißstrom versehen.
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Die Schnellanschlüsse 24 und 24a können als Schnapp- oder Steckverbindungen ausgebildet sein und die Zuführmittel der Schweißdrahtführungen 16 und 16a können über vorgespannte Federn geklemmt gehalten werden.
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Bei einem Wechsel der Schweißgeometrie kann der Wechselkopf 11 zusammen mit der Zuführungspositionierung 17 und dem Haltearm 19 von dem Schweißbrenner 12 durch lösen eines, dem Wechselkopfhalter 23 zugeordneten Verbindungsmittel 35, und durch lösen der Schnellverschlüsse 24, 24a, die der gemeinsamen Halterung 26 des Schweißbrenner 12 zugeordnet sind, und die der lösbaren Verbindung der Schweißdrahtzuführung 16, 16a dienen, von diesem abgenommen werden. In einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, bei einem Wechsel, der für ein anderes Werkstück erforderlichen Schweißgeometrie, den Wechselkopf 11 zusammen mit der Zuführungspositionierung 17 auszuwechseln.
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Wie die 2 zeigt, besteht die Zuführungspositionierung 17 aus zwei Gehäusehälften 27 und 28 in denen die Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a münden. Die Gehäusehälften 27 und 28 können mit einer Schraube 18 zur Einstellung der jeweils erforderlichen Stellung zur Schweißelektrode 13 grob positioniert werden. Die freien Enden der Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a werden in die Gehäusehälften 27 und 28 eingesteckt und mit Feststellmitteln, beispielsweise Madenschrauben 18a und 18b, fixiert.
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Wie die 3 zeigt, befinden sich in den Gehäusehälften 27 und 28 Kugeln 31 und 32, die mit jeweils einer Druckplatte 33 geklemmt werden. Die Kugeln 31 und 32 sind durchbohrt und mit Gewinden versehen, in das die Positionierspitzen 29 und 30 eingeschraubt werden. Die Schweißdrähte 15 und 15a können aus den Schweißdrahtzuführungen 16 und 16a kommend durch die Kugeln 31 und 32 aus den Positionierspitzen 29 und 30 heraus geführt werden.
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Durch die geklemmten Kugeln 31 und 32 sind die Positionierspitzen 29 und 30 um alle Achsen beweglich, so dass mit ihnen eine Feinjustierung der Positionen der Schweißdrähte 15 und 15a bezüglich ihrer Stellung zu der Schweißelektrode 14 vorgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schnellwechseleinheit
- 11
- Wechselkopf
- 12
- Schweißbrenner
- 13
- Schweißelektrode
- 14
- Schutzgaszuführung
- 15, 15a
- Schweißdrähte
- 16, 16a
- Schweißdrahtzuführungen
- 17
- Zuführungspositionierung
- 18, 18a, 18b
- Feststellmittel
- 19
- Haltearm
- 20
- Haltearmgelenk, waagerecht
- 21
- Haltearmgelenk, senkrecht
- 22
- Haltearmgelenk, diagonal
- 23
- Wechselkopfhalter
- 24, 24a
- Schnellanschlüsse
- 25
- elektrischer Anschluss
- 26
- gemeinsame Halterung
- 27, 28
- Gehäusehälfte
- 29, 30
- Positionierspitze
- 31, 32
- Kugel
- 33
- Druckplatte
- 34
- Schweißdrahtvorrat
- 35
- Verbindungsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69500478 T2 [0005]
- US 6040545 [0006]
- DE 1521567 A [0006]
- US 6127651 A [0006]
- AT 412263 B [0006]
